AYT Nükleik Asitler, Genetik Şifre ve Protein Sentezi konu anlatımı

Nükleik asitler (DNA ve RNA), canlıların kalıtsal bilgisini taşıyan, saklayan ve bu bilginin proteinlere aktarılmasını sağlayan moleküllerdir. AYT Biyoloji'nin en sık ve en çok soru getiren konularından biri budur; sorular çoğunlukla DNA'nın yapısı, kendini eşlemesi (replikasyon), DNA'dan RNA'ya aktarım (transkripsiyon) ve RNA'dan proteine çevirim (translasyon) süreçlerinin doğru sırası ve mekanizması üzerine kuruludur. Bu konuda baz eşleşme kuralları ve kodon-antikodon ilişkisi hatasız bilinmelidir; sınavda küçük bir kavram karışıklığı doğrudan yanlış cevaba götürür.

Hücredeki bilgi akışı kısaca şu sırayla özetlenir:

Nükleik asitlerin yapı taşı nükleotittir. Nükleotitler, bir nükleotidin şekeri ile bir sonrakinin fosfatı arasında kurulan bağlarla zincir oluşturarak nükleik asitleri meydana getirir.

DNA (deoksiribonükleik asit), şekeri deoksiriboz olan nükleotitlerden oluşur ve iki polinükleotit zincirinin sarmal biçiminde birbirine dolanmasıyla çift sarmal (double helix) yapıyı oluşturur. DNA'da dört çeşit azotlu baz bulunur:

İki zincir, karşılıklı bazlar arasındaki hidrojen bağlarıyla bir arada tutulur ve baz eşleşmesi her zaman bir pürin ile bir pirimidin arasında, belirli bir kurala göre gerçekleşir:

İki zincir birbirine antiparalel (zıt yönlü, biri 5'→3' diğeri 3'→5') dizilmiştir.

RNA (ribonükleik asit), şekeri riboz olan, genellikle tek zincirli bir nükleik asittir. RNA'da timin bulunmaz, onun yerini urasil (U) alır; diğer üç baz (A, G, C) DNA ile ortaktır.

Görevlerine göre başlıca üç RNA çeşidi vardır:

Hücre bölünmeden önce DNA miktarının iki katına çıkması gerekir; bu replikasyon ile sağlanır ve yarı korunumlu (semikonservatif) biçimde gerçekleşir: her yeni DNA molekülü, eski zincirlerden birini ve yeni sentezlenen bir zinciri içerir. Başlıca basamaklar:

Bir genin ifade edilmesindeki ilk adım transkripsiyondur: RNA polimeraz enzimi, DNA'nın iki zincirinden yalnızca birini (kalıp/şablon zincir) okuyarak buna tamamlayıcı bir mRNA molekülü sentezler. RNA polimeraz kalıp zinciri 3'→5' yönünde okurken, yeni mRNA'yı 5'→3' yönünde sentezler.

Ökaryot hücrelerde bu ilk oluşan mRNA (öncül mRNA), çekirdek içinde işlenir: protein kodlamayan bölgeler (intron) çıkarılır, protein kodlayan bölgeler (ekzon) birbirine eklenir; olgun mRNA sitoplazmaya geçerek ribozoma ulaşır.

Translasyon (çeviri), ribozomlarda gerçekleşir. mRNA üzerindeki bilgi, üçer bazlık gruplar hâlinde okunur; her üç bazlık gruba kodon denir. Bir kodon, ya belirli bir amino asidi ya da sentezin başlangıç/bitiş sinyalini belirtir:

Her tRNA'nın bir ucunda, taşıdığı amino aside özgü, mRNA'daki kodona tamamlayıcı ve ona antiparalel bağlanan üç bazlık bir bölge bulunur; buna antikodon denir. Örneğin mRNA üzerindeki 5'-AUG-3' kodonu, antikodonu 3'-UAC-5' olan ve metiyonin taşıyan tRNA tarafından tanınır (A-U ve G-C eşleşmesine uygun olarak). Ribozom, mRNA boyunca ilerledikçe sırayla gelen kodonlara uygun antikodonlu tRNA'lar amino asitlerini getirir, art arda gelen amino asitler arasında peptit bağı kurularak polipeptit zinciri uzar. Bir dur kodonuna ulaşıldığında sentez sona erer.

Nükleik asitlerde yalnızca dört çeşit baz bulunduğu hâlde canlılarda 20 farklı amino asit kullanılır. Bazlar tek tek ya da ikili gruplar hâlinde kullanılsaydı 20 amino asidi karşılamaya yetmezdi; üçlü gruplar hâlinde kullanıldığında ise 64 farklı kodon elde edilir ve bu, 20 amino asidi kodlamaya fazlasıyla yeter.

Kodon sayısının amino asit sayısından fazla olması nedeniyle genetik şifre dejenere (yozlaşmış/fazladan kodlu) kabul edilir: çoğu amino asit birden fazla farklı kodonla kodlanabilir. Ancak bu durum tersine işlemez; her kodon yalnızca tek bir amino asidi (ya da dur sinyalini) belirtir, hiçbir kodon birden fazla amino aside karşılık gelmez. Genetik şifre ayrıca evrensele yakındır (neredeyse tüm canlılarda aynı kodon aynı amino asidi belirtir) ve süreksiz değildir; kodonlar art arda, aralarında boşluk bırakmadan, sabit bir başlangıç noktasından itibaren üçerli gruplar hâlinde okunur.

Aşağıdaki yargıların hangisi doğru, hangisi yanlış?

Tabloyu kapatıp enzimleri işlevleriyle eşleştir:

AYT'de nükleik asitler ve protein sentezi soruları genellikle şu biçimlerde karşımıza çıkar:

• Bir DNA/RNA zincirinin baz dizilişi verilip tamamlayıcı zincirin, mRNA'nın ya da tRNA antikodonunun bulunması istenir; yön (5'→3' / 3'→5') dikkat gerektiren bir ayrıntı olarak sorulur.
• Replikasyon, transkripsiyon ve translasyonun basamakları karışık sırada verilip doğru sıralama istenir.
• DNA'daki baz oranları (ör. %A verilip %G, %T, %C'nin bulunması) Chargaff kuralına dayalı hesaplama sorularıyla sorulur.
• "Aşağıdakilerden hangisi genetik şifrenin özelliklerinden biri değildir?" tarzı, evrensellik, süreksizlik göstermeme ve dejenere olma kavramlarını test eden sorular sorulur.
• mRNA, tRNA ve rRNA'nın görevleri ile DNA polimeraz, RNA polimeraz, helikaz, ligaz gibi enzimlerin işlevleri eşleştirilir.